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示波器課件

發布時間：2025-03-17

最新示波器課件（分享3篇）。

示波器課件篇1

一、【實驗名稱】

超聲波聲速的測量

二、【實驗目的】

1、了解聲速的測量原理

2、學習示波器的原理與使用

3、學習用逐差法處理數據

三、【儀器用具】

1、SV-DH-3型聲速測定儀段（資產編號）

2、雙蹤示波器（資產編號）

3、SVX-3型聲速測定信號源（資產編號）

四、【儀器用具】

1.超聲波與壓電陶瓷換能器

頻率20Hz-20kHz的機械振動在彈性介質中傳播形成聲波，高于20kHz稱為超聲波，超聲波的傳播速度就是聲波的傳播速度，而超聲波具有波長短，易于定向發射等優點，聲速實驗所采用的聲波頻率一般都在20～60kHz之間。在此頻率范圍內，采用壓電陶瓷換能器作為聲波的發射器、接收器效果最佳。

圖1縱向換能器的結構簡圖

壓電陶瓷換能器根據它的工作方式，分為縱向（振動）換能器、徑向（振動）換能器及彎曲振動換能器。聲速教學實驗中所用的大多數采用縱向換能器。圖1為縱向換能器的結構簡圖。

2.共振干涉法（駐波法）測量聲速

假設在無限聲場中，僅有一個點聲源S1（發射換能器）和一個接收平面（接收換能器S2）。當點聲源發出聲波后，在此聲場中只有一個反射面（即接收換能器平面），并且只產生一次反射。

在上述假設條件下，發射波ξ1=Acos（ωt+2πx /λ)。在S2處產生反射，反射波ξ2=A1cos（ωt+2πx /λ)，信號相位與ξ1相反，幅度A1＜A。ξ1與ξ2在反射平面相交疊加，3合成波束ξξ3=ξ1+ξ2=(A1+A2）cos（ωt-2πx /λ)+A1cos（ωt+2πx /λ) =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)

由此可見，合成后的波束ξ3在幅度上，具有隨cos(2πx /λ)呈周期變化的特性，在相位上，具有隨(2πx /λ)呈周期變化的特性。

圖4所示波形顯示了疊加后的聲波幅度，隨距離按cos(2πx /λ)變化的特征。

發射換能器與接收換能器之間的距離

圖2換能器間距與合成幅度

實驗裝置按圖7所示，圖中S1和S2為壓電陶瓷換能器。S1作為聲波發射器，它由信號源供給頻率為數十千赫的交流電信號，由逆壓電效應發出一平面超聲波；而S2則作為聲波的接收器，壓電效應將接收到的聲壓轉換成電信號。將它輸入示波器，我們就可看到一組由聲壓信號產生的正弦波形。由于S2在接收聲波的同時還能反射一部分超聲波，接收的聲波、發射的聲波振幅雖有差異，但二者周期相同且在同一線上沿相反方向傳播，二者在S1和S2區域內產生了波的干涉，形成駐波。我們在示波器上觀察到的實際上是這兩個相干波合成后在聲波接收器S2處的振動情況。移動S2位置（即改變S1和S2

之間的距離），你從示

波器顯示上會發現，當S2在某此位置時振幅有最小值。根據波的干涉理論可以知道：任何二相鄰的振幅最大值的位置之間（或二相鄰的振幅最小值的位置之間）的距離均為λ/ 2。為了測量聲波的波長，可以在一邊觀察示波器上聲壓振幅值的同時，緩慢的改變S1和S2之間的距離。示波器上就可以看到聲振動幅值不斷地由最大變到最小再變到最大，二相鄰的振幅最大之間的距離為λ/2；S2移動過的距離亦為λ/2。超聲換能器S2至S1之間的距離的改變可通過轉動鼓輪

來實現，而超聲波的頻率又可由聲速測試儀信號源頻率顯示窗口直接讀出。

圖3用李薩如圖觀察相位變化

在連續多次測量相隔半波長的S2的位置變化及聲波頻率f以后，我們可運用測量數據計算出聲速，用逐差法處理測量的數據。

3.相位法測量原理

由前述可知入射波ξ1與反射波ξ2疊加，形成波束ξ3即ξ3 =A1cos(2πx /λ)cosωt+A2cos（ωt - 2πx /λ)即對于波束：ξ1 =Acos（ωt - 2πx /λ)

由此可見，在經過△x距離后，接收到的余弦波與原來位置處的相位差（相移）為θ= 2π △x /λ。如圖5所示。因此能通過示波器，用李薩如圖法觀察測出聲波的波長。

4.時差法測量原理

連續波經脈沖調制后由發射換能器發射至被測介質中，聲波在介質中傳播，經過t時

間后，到達L距離處的接收換能器。由運動定律可知，聲波在介質中傳播的速度可由以下公式求出：

速度V=距離L/時間t

圖4發射波與接收波

通過測量二換能器發射接收平面之間距離L和時間t ,就可以計算出當前介質下的聲波傳播速度。五、【實驗內容】

1.儀器在使用之前，加電開機預熱15min。在接通市電后，自動工作在連續波方式，選擇的介質為空氣的初始狀態。

2.駐波法測量聲速。 2.1測量裝置的連接：

圖5駐波法、相位法連線圖

如圖5所示，信號源面板上的發射端換能器接口（S1），用于輸出一定頻率的功率信號，請接至測試架的發射換能器（S1）；信號源面板上的發射端的發射波形Y1，請接至雙蹤示波器的CH1（Y1），用于觀察發射波形；接收換能器（S2）的輸出接至示波器的CH2（Y2）

2.2測定壓電陶瓷換能器的最佳工作點

只有當換能器S1的發射面和S2的接收面保持平行時才有較好的接收效果；為了得到較清晰的接收波形，應將外加的驅動信號頻率調節到換能器S1、S2的諧振頻率點處時，才能較好的進行聲能與電能的相互轉換（實際上有一個小的通頻帶），以得到較好的實驗效果。按照調節到壓電陶瓷換能器諧振點處的信號頻率，估計一下示波器的掃描時基t/div，并進行調節，使在示波器上獲得穩定波形。

超聲換能器工作狀態的調節方法如下：各儀器都正常工作以后，首先調節發射強度旋鈕，使聲速測試儀信號源輸出合適的電壓（8～10VP-P之間），再調整信號頻率（在25～45kHz），選擇合適的示波器通道增益（一般0.2V～1V/div之間的位置），觀察頻率調整時接收波的電壓幅度變化，在某一頻率點處（34.5～37.5kHz之間）電壓幅度最大，此頻率即是壓電換能器S1、S2相匹配頻率點，記錄頻率FN，改變S1和S2間的`距離，適當選擇位置，重新調整，再次測定工作頻率，共測5次，取平均頻率f。

2.3測量步驟

將測試方法設置到連續波方式，合適選擇相應得測試介質。完成前述2.1、2.2步驟后，觀察示波器，找到接收波形的最大值。然后轉動距離調節鼓輪，這時波形的幅度會發生變化，記錄下幅度為最大時的距離Li-1，距離由數顯尺（數顯尺原理說明見附錄2）或在機械刻度上讀出，再向前或者向后（必須是一個方向）移動距離，當接收波經變小后再到最大時，記錄下此時的距離Li。即有：波長λi=2│Li -Li-1│，多次測定用逐差法處理數據。

3.相位法/李薩如圖法測量波長的步驟

將測試方法設置到連續波方式，合適選擇相應的測試介質。完成前述2.1、2.2步驟后，將示波器打到“X-Y”方式，并選擇合適的通道增益。轉動距離調節鼓輪，觀察波形為一定角度的斜線，記錄下此時的距離Li-1；距離由數顯尺（數顯尺原理說明見附錄2）或機械刻度尺上讀出，再向前或者向后（必須是一個方向）移動距離，使觀察到的波形又回到前面所說的特定角度的斜線，記錄下此時的距離Li。即有：波長λi=│Li -Li-1│

用共振干涉法測量聲波的波長的實驗裝置如圖所示。

圖中S1和S2為壓電超聲換能器。信號發生器輸出的正弦交流信號加到S1上，由S1完成電聲轉換，作為聲源，發出波前近似為平面的聲波；S2作為超聲波接收換能器，將接收到的聲信號轉換成電信號，然后接入示波器觀察。S2在接收聲波的同時，其表面還反射一部分聲波。當S1與S2的表面互相平行時，往返于S1與S2之間的聲波發生干涉而形成駐波。

依波動理論，設沿X方向射出的入射波方程為

y1=Acos(ωt-2πλx)

反射波方程為

y2=Acos(ωt+2πλx)

式中，A為聲源振幅；ω為角頻率；2πxλ為由于波動傳播到坐標x處(t時刻)引起的位相變化。

在任意時刻t，空氣中某一位置處的合振動方程為

y=y1+y2=(2Acos2πλx)cosωt

上式即為駐波方程。

當cos2πλx=1，即2πλx=kπ時，在x=k·λ2 (k=0,1,2?)處，合成振動振幅最大，稱為波腹或聲振幅的極大值。

當cos2πλx=0，即2πλx=(2k+1)π2時，在x=(2k+1)·λ4 (k=0,1,2?)處，合成振動振幅最小，稱為波節或聲振幅的極小值。

改變兩換能器之間的距離，當二者之間的距離是半波長的整數倍時，在發射換能器和接收換能器處，聲波的幅度（聲壓）都達到極大值，此時稱為“共振”。在相鄰極大值之間，兩換能器間的距離變化量為λ/2。由波腹(或波節)條件可知，相鄰兩個波腹(或波節)間的距離為λ2，當S1和S2間的距離L恰好等于半波長(5)

示波器課件篇2

一、【實驗名稱】

示波器的使用

二、【實驗目的】

1.了解示波器的基本結構和工作原理，掌握示波器的調節和使用方法

2.掌握用示波器觀察電信號波形的方法

3.學會使用雙蹤示波器觀察李薩如圖形和控制示波管工作的電路

三、【實驗原理】

雙蹤示波器包括兩部分，由示波管和控制示波管的控制電路構成

1.示波管示波管是呈喇叭形的玻璃泡，抽成高真空，內部裝有電子槍和兩隊相互垂直的偏轉板，喇叭口的球面壁上涂有熒光物質，構成熒光屏，高速電子撞擊在熒光屏上會使熒光物質發光，在熒光屏上就能看到一個亮點。Y偏轉板是水平放置的兩塊電極。在Y偏轉板上和X偏轉板上分別加上電壓，可以在熒光屏上得到相應的圖形。

2.雙蹤示波器的原理

雙蹤示波器控制電路主要包括：電子開關，垂直放大電路，水平放大電路，掃描發生器，同步電路，電源等；

其中，電子開關使兩個待測電壓信號YCH1和YCH2周期性的輪流作用在Y偏轉板，這樣在熒光屏上忽而顯示YCH1信號波形，忽而顯示YCH2信號波形，由于熒光屏熒光物質的余暉及人眼視覺滯留效應，熒光屏上看到的是兩個波形。

如果正弦波與鋸齒波電壓的周期稍不同，屏上呈現的是一移動的不穩定圖形，這是因為掃描信號的周期與被測信號的周期不一致或不呈整數倍，以致每次掃描開始時波形曲線上的起點均不一樣所造成的，為了獲得一定數量的完整周期波形，示波器上設有“Time/div”調節旋鈕，用來調節鋸齒波電壓的周期，使之與被測信號的周期呈合適的關系，從而顯示出完整周期的正弦波性。（看到穩定波形的條件：只有一個信號同步）

當掃描信號的周期與被測信號的周期一致或是整數倍，屏上一般會顯示出完整周期的正弦波形，但由于環境或其他因素的影響，波形會移動，為此示波器內裝有掃描同步電路，同步電路從垂直放大電路中取出部分待測信號，輸入到掃描發生器，迫使鋸齒波與待測信號同步，此稱為“內同步”；反之則為“外同步”。操作時，使用“電平旋鈕”，改變觸發電勢高度，當待測電壓達到觸發電平時，開始掃描，直到一個掃描周期結束。但如果觸發電勢超出所顯示波形最高點或最低點的范圍，則掃描電壓消失，掃描停止。

3.示波器顯示波形原理

如果在示波器的YCH1或YCH2端口加上正弦波，在示波器的X偏轉板加上示波器內部的鋸齒波，當鋸齒波電壓的變化周期相等時，則在熒光屏上顯示出完整的正弦波形。

4.李薩如圖形的基本原理

如果在示波器的Y偏轉板上加上正弦波，在X偏轉板上加上另一正弦波，則當兩正弦波信號的頻率比為簡單整數比時，在熒光屏上將得到李薩如圖形。

四、【儀器用具】：

信號發生器、雙蹤示波頭、探頭

五、【實驗內容】

幾種李薩如圖形

nxny分別代表圖形在水平或垂直方向的切點數量

nx/ny=1/2 nx/ny=1/3 nx/ny=2/3 nx/ny=3/4

3.觀察李薩如圖形

a.開通CH2及相應的`信號發生器

b.調節該信號發生器的輸出頻率，直至觀察到第二條穩定的正弦波

c.按下“HOR1 MENU”+F5（將CH2信號從γ輸入）

d.再次調節頻率，使得fx/fy分別等于1:1,1:2,1:3，畫下圖形

六、【數據處理】

七、【實驗結果及分析小結】

示波器使顯示電壓隨時間變化的測試儀器，也就是電壓波形，是電子測試中最基礎也是最重要的儀器（以電子槍結構和人臉滯留效應為基礎）。利用示波器，可以觀測和比較單次過程和非周期現象、低頻和慢速信號，以及不同時間不同地點觀測到的信號。示波器的原理已應用于生活中的各類顯示屏上，極大地影響人類的生活。

在醫學方面，示波器主要用于各類影像圖形的呈現，如心電圖、CT、X光、核磁共振等。學習示波器的使用可以為以后的臨床工作增加經驗。

八、【誤差分析】

1.桌面振動造成的影響。

2.示波器上顯示的熒光線較粗，取電壓值時的熒光線間寬度不準，使電壓值不準。

3.取正弦周期時肉眼調節兩熒光線間寬度不準，導致周期測定不準確。

4.在選確定fy的值時上下跳動，可能造成取值不準。

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5.機器系統存在系統誤差。

九、【思考與討論】

1.簡述示波器顯示u-t圖形（即電信號波形）的原理。

答：示波器利用狹窄的、由高速電子組成的電子束，打在涂有熒光物質的屏幕上，就可以產生細小的光點。當一個直流電壓加到一對偏轉板上時，將使光點在熒光屏上產生一個固定位移，該位移的大小與所加直流電壓成正比。如果分別將兩個直流電壓同時加到垂直和水平兩對偏轉板上時，則熒光屏上的光點位置就由兩個方向的位移所共同決定。在被測信號的瞬時值的變化曲線,即u-t曲線。

2.怎樣用示波器定量地測量交流信號的電壓有效值和頻率？

答：用光標法。

調節波形上下移動鍵，使一條水平線對準波谷或波峰，計算峰-峰值，除以二就是振幅，再除以√2（1.414）就是有效值。

3.觀察兩個信號的合成李薩如圖形時，應如何操作示波器？

答：a.開通CH2及相應的信號發生器fy

b.調節該信號發生器的輸出頻率，直至觀察到第二條穩定的正弦波

c.按下“HOR1 MENU”+F5（將CH2信號從γ輸入）

4.為了使李薩如圖形穩定下來，能否使用示波器上的同步旋鈕？為什么？

答：不能。因為李薩如圖形實際上是一個質點同時在x軸、y軸上振動形成的；同步旋鈕是使每次掃描都掃描在同一個起始相位，使一個示波器內只有一個穩定的圖形。（例：當你測正弦波時示波器內有多個波形，這時就可以調節同步旋鈕）但從李薩如圖形的形成原理來看，調節同步旋鈕不能使它穩定下來。

5.用示波器觀測周期為0.2ms的正弦電壓，若在熒光屏上呈現了3個完整而穩定的正弦波形，掃描電壓的周期等于多少毫秒？

答： 0.2×3=0.6ms，所以周期是0.06ms.